二氧化氯在铁路给水消毒的应用研究

来源:/ 编辑:余氯检测仪 时间:2019-08-19

  目前,我国铁路给水中应用的消毒剂以液氯和次氯酸钠为主。其中南方和北方有所区别,南方水源多为地表水以投加液氯为主,北方水源多为地下水以次氯酸钠发生器生成次氯酸钠消毒为主。但随着源水污染的变化,废水中各种有机物的含量有所增加,运用液氯消毒会产生氯代有机物,其中有的产物具有致突变作用。次氯酸钠消毒法存在发生器设备操作复杂,劳动强度大,发生器的重要部件――电极易损,电耗,盐耗较高。

  为满足人们对水质要求的不断提高,寻求适合铁路给水的消毒方式已成迫切任务。作为新型消毒剂的二氧化氯(ClO2)因其具有的特殊优势,在与铁路给水相结合中将得到广泛应用。

  二氧化氯的应用

  19世纪初,美国科学家发现了ClO2气体。20世纪40年代,二氧化氯开始应用于食品加工的杀菌消毒和水的净化处理等。由于二氧化氯不会与有机物反应而生成THMs,所以在饮用水处理中应用越来越广泛。

  二氧化氯在铁路给水中的应用鲜有报道。据铁道部的一份调查显示,二氧化氯在各给水部门的使用率低于2%,并存在认识和使用上的误区,影响了二氧化氯的推广使用。

  二氧化氯的物理性质

  二氧化氯(ClO2)常温(20℃)下是一种黄绿色的气体,具有与氯气类似的刺激性气味。ClO2极易溶于水,ClO2在水中的溶解度随温度升高而降低,在水中是纯粹的溶解状态,不与水发生化学反应,故它的消毒作用受水的PH值影响极小。

  ClO2水溶液易挥发,在较高温度与光照下会生成ClO2-与ClO3-,应避光低温保存。由于ClO2对压力、温度和光线敏感,不能压缩进行液化储存和运输,只能在使用时现场临时制备。

  二氧化氯的氧化消毒机理

  作为强氧化剂,ClO2在酸性条件下具有很强的氧化性:

  ClO2+4H++5e=Cl-+2H2O

  在水厂pH≈7的中性条件下,

  ClO2+e=ClO2-

  ClO2-+2H2O+4e=Cl--+4OH-

  ClO2能将水中少量的S2-、SO32-、NO2-等还原性酸根氧化去除,还可去除水中的Fe2+、Mn2+及重金属离子等。另外ClO2以氧化还原为主,能将腐殖酸、富里酸等降解,且降解产物不以三氯甲烷形式存在。

  ClO2消毒只是有选择的与某些有机物进行氧化反应将起降解为含氧基团为主的产物,不产生氯化有机物,所需投加量小,约为氯投加量的40%,且不受水中氨氮的影响。因此,采用ClO2代替氯消毒,可使水中三氯甲烷生成量减少90%。

  二氧化氯的制备及经济性比较

  二氧化氯性质活泼,不易贮存和运输,目前饮水用二氧化氯都采用现场制备的方式。ClO2的制备方法中化学法和电解法在生产上应用较多。适合铁路给水消毒的只有化学法,并逐渐淘汰已有的电解法。

  (一)化学法

  化学反应制取ClO2的方法主要有:

  1、盐酸与亚氯酸钠反应

  5NaClO2+4HCl=5NaCl+4HCl+2H2O

  2、亚氯酸钠与液氯混合反应

  2NaClO2+Cl2=2NaCl+2ClO2

  3、盐酸与氯酸钠反应

  NaClO3+2HCl=ClO2+1/2 Cl2 +NaCl+H2O

  方法之一生产规模较小,设备简单,便于实现自动化操作,此类设备中德国的Prominent、美国的F&P企业有相应的产品,国内生产商有青岛海晟、南京华浦等企业。该方法极其适合铁路给水所使用,虽存在NaClO2价格较贵,生产成本较高(以制取1kg ClO2来计,亚氯酸钠法的成本约为30,氯酸钠法约20元),但如果考虑因此而减少的人员工资和维护成本支出,则该方法仍具有液氯和次氯酸钠无法比拟的优势条件。

  亚氯酸钠加氯气法含有加氯系统,增加了系统的复杂程度,加大了设备投资和管理水平,因此对中小型水厂来说,该工艺无优势。铁路水厂一般消毒水量较小。因此,亚氯酸钠加氯气法不适合在铁路内使用。

  根据方法之二制备ClO2时,会生成二氧化氯和氯气混合物,当反应温度在约70℃和加大盐酸的过剩量,可同时提高二氧化氯和氯气产率,仍得到二者的混合物。

  目前,因为运行成本和检测标准(仍使用与氯气相同的指标,如有效氯、余氯等)等原因,以氯酸钠工艺为基础的二氧化氯发生器仍是市场上的主导产品之一,例如深圳欧泰华产品和山大华特产品。铁路应根据自己的实际情况选择自己的二氧化氯制取方式,不被生产厂家的宣传所迷惑。

  (二)电解法

  电解法生产ClO2,以食盐为原料,采用隔膜电解工艺,在阳极室注入饱和食盐水,阴极室加入自来水,接通电源后使离子定向迁移,从而在阳极室及中性电极周围产生ClO2、O3、H2O2、Cl2等混合气体。产生的混合气体中ClO2所占比例较低,除了O3、H2O2外,大部分是氯气。无法避免液氯消毒的缺点。与次氯酸钠发生器一样存在设备操作复杂,易损坏部件价格昂贵,运行维护困难等缺点。电解法只是生产ClO2的过渡方式,虽然目前应用较广,但很快将被淘汰。

  目前,铁路部门所采用的二氧化氯发生装置基本上为电解法,使用效果较差,且维修量大。作为前期应用的电解法二氧化氯发生装置,影响了人们对二氧化氯的认识,制约了二氧化氯在铁路内的使用。

  自动化控制

  二氧化氯是通过两种药剂的现场反应来制取,要想准确投加,必须对两种药剂进行计量、准确配比才能实现。否则,会因为配比不当而引起二氧化氯产率降低,副产物比率增加,降低消毒效果。严重时,会出现单药剂投加而完全失去消毒效果并污染水质。

  二氧化氯发生器的运行应采用自动化控制,这一点对铁路给水来说至关重要。铁路给水站或给水所实现无人值守,要求所有设备必须全自动。目前,铁路给水大量使用的次氯酸钠发生器有2h的稳定运行周期,无法实现在间断情况下的自动消毒。简单的操作,全自动化的控制,必将使之在铁路给水中得到广泛应用。

  应用实例

  衡水西站公寓加压泵站改造工程中,安装上海(中国)技源科技有限企业RWS-B2-100-D 高纯二氧化氯发生器一台。该发生器以25%亚氯酸钠和30%盐酸为原料,生成高纯二氧化氯,投加量由出水流量计自动控制,设备自安装后,运行稳定,消毒效果良好。

  1、二氧化氯消毒剂比液氯和次氯酸钠更具应用价值;

  2、消毒设备更新改造时,应优先选用二氧化氯发生器;

  3、对小的铁路给水所或给水站,选择亚氯酸钠+盐酸法的二氧化氯制备方式。(编辑工作单位:石家庄铁路供电段)

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